[发明专利]仿生硅化钼梯度叠层复合纳米涂层制备工艺

说明书

技术领域

本发明提供了一种制备仿生Mo₅Si₃/MoSi₂梯度叠层复合纳米涂层方法。适用于在钛合金表面制备先进的高韧性、耐磨蚀复合梯度涂层的制备领域，涉及到利用表面改性手段制备先进纳米梯度复合涂层的制备。

背景技术

金属硅化物MoSi₂作为难熔金属硅化物最典型的代表, 兼具金属与陶瓷双重特性，既有金属般的导电性和高温塑性，又有陶瓷般的高熔点、高耐蚀和抗氧化性，是一种极具潜力的高温耐磨、耐蚀涂层候选材料。目前，阻碍其实用化进程、亟待解决的关键问题是:①低温脆性。MoSi₂的晶体结构对称性低, 共价键具有强烈的方向性, 晶体中强弱键交错,在应力作用下,容易因弱键断开而产生微裂纹。②低温区氧化粉化瘟疫现象。在较低温度下MoSi₂表现出加速氧化的趋势，尤其在500℃左右MoSi₂材料常常因剧烈氧化而成粉末状。已有大量的研究工作表明，通过添加陶瓷（如SiC、Si₃N₄、和ZrO₂）或金属硅化物（如Mo₅Si₃）形成MoSi₂基复合材料或通过添加合金元素（如Mg、V、Nb、和Al）进行合金化均可改善其低温脆性或低温抗氧化性能。近年来，已有文献报道了纳米MoSi₂基复合材料能明显提高该材料的韧性。但同时采用合金化和复合化两种方法，提高MoSi₂基纳米复合材料的韧性、耐磨、耐蚀以及抗氧化性能尚未见报道。

发明内容

解决的技术问题：本发明的目的在于通过双阴极等离子溅射沉积技术为手段，利用Mo与Ti之间负的化学作用，通过调整靶材中Mo、Si、Al元素的含量，使得在Ti基体上沉积过程中Mo元素发生明显的上坡扩散，Mo元素从表到里梯度分布，导致Mo₅Si₃含量由表及里梯度增加，最终在Ti基体表面形成不同Al含量的仿生Mo₅Si₃/MoSi₂梯度叠层复合纳米涂层。该梯度复合纳米晶硅化物涂层具有高韧性、高硬度以及优异的耐腐蚀性，能明显提高钛合金的耐磨性、耐腐蚀性能和抗氧化性能。

技术方案：仿生硅化钼梯度叠层复合纳米涂层制备工艺，利用双阴极等离子溅射沉积法，在钛合金工件表面形成致密的纳米晶硅化物层，其中

a.双阴极等离子溅射工艺参数：靶材电压800~1000 V，工件电压300~450 V，靶材与工件间距10~30 mm，Ar气压30~45Pa，沉积温度600-800℃

b.溅射的靶材种类：成分配比为Mo_0.35-55(Si_0.95,Al_0.05)_0.65-45粉末冶金烧结板为靶材；

c.工件材料的种类：钛合金。

优选条件为：靶材电压900 V，工件电压350 V，靶材与工件间距15 mm，Ar气压35Pa，沉积温度700℃。

有益效果：